Кафедра 37, «Лазерная физика» Френеля и Фраунгофера.

Кафедра 37, «Лазерная физика»
ПРОГРАММА ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА
(для групп Е10-01, Т10-37)
Направление:
“Ядерная физика и технологии”
Специальность:
“Физика конденсированного
состояния вещества”
Специализации:
“Лазерная физика”
“Взаимодействие излучения с
веществом”
8.
Скалярная теория дифракции.
Френеля и Фраунгофера.
9.
Угловой спектр плоских волн. Дифракционные решетки.
2.
дифракции
10. Частотный анализ оптических систем. Формирование
изображения линзой в дифракционном приближении. Линза,
как
элемент,
выполняющий
преобразование
Фурье.
Когерентные и некогерентные оптические системы, их
пространственно-частотные характеристики.
11. Оптические волны в кристаллах,
индикатрисса показателя преломления.
1. Основы физической оптики
1.
Приближения
двулучепреломление,
2. Световые пучки и резонаторы
Понятие электромагнитного поля и его описание. Уравнения
Максвелла, волновое уравнение и скорость света.
1.
Скалярные волны, гармонические волны. Векторные волны.
Групповая и фазовая скорость. Поляризация электромагнитной
волны.
Гауссовы пучки и их параметры. Преобразование гауссовых
пучков
2.
Распространение электромагнитных волн в линзоподобной
среде (волноводе)
3.
Отражение и преломление света (случай плоской волны),
Формулы Френеля.
3.
Моды резонатора с плоскопараллельными и сферическими
зеркалами. Диаграмма устойчивости. Потери в резонаторе.
4.
Поляризация и намагничение, Формула Лорентц–Лоренца.
Элементарная теория дисперсии.
4.
Интегральное уравнение для резонаторов.
5.
Геометрическая оптика, уравнение Эйконала, общие свойства
лучей. Основные идеи матричной оптики.
6.
Интерференция
света.
Двухлучевые
Многолучевая интерференция.
интерферометры.
7.
Понятие когерентности света, пространственная и временная
когерентность. Комплексная степень когерентности. Теорема
Ван-Циттерта–Цернике.
3. Физические основы лазеров
1.
Спонтанное и вынужденное излучение.
2.
Уширение спектральных линий и его теоретическое описание.
3.
Уравнения Максвелла-Блоха
двухуровневых атомов.
4.
Насыщение усиления в стационарных
однородном и неоднородном уширении
для
резонансной
условиях
среды
при
5.
Скоростные уравнения. Предельная длина широкополосного
усилителя.
7.
Лазеры на диэлектрических
активированных неодимом.
6.
Сверхсветовое
распространение
импульса
в
Самоиндуцированная прозрачность. Фотонное эхо.
среде.
8.
Лазеры
на
растворах
органических
Энергетический спектр. Инверсия. Усиление.
7.
Уравнения Максвелла-Блоха и скоростные уравнения для
лазера.
9.
8.
Анализ пичкового режима генерации.
Гелий-неоновый лазер. Механизм возбуждения и образования
инверсии. Оптимальные параметры, основные характеристики.
Лэмбовский провал.
9.
Метод медленно меняющихся амплитуд и фаз. Динамическое
уравнение для лазеров. Одномодовый и двухмодовый лазер,
времена установления генерации, конкуренция мод,
устойчивость режимов генерации.
Амплитудное и фазовое условия генерации. Спектральная
ширина линии генерации.
2.
Рубиновый лазер. Механизм образования инверсии Временные
энергетические и спектральные характеристики в режиме
свободной генерации.
3.
Стационарный и переходной
твердотельного лазера.
4.
Модуляция добротности. Энергетические характеристики,
динамика гигантского импульса. Методы модуляции
добротности. Режим разгрузки резонатора.
режимы
одномодового
Синхронизация мод. Принцип. Синхронизация мод в лазерах с
однородно и неоднородно уширенными линиями переходов.
Методы синхронизации мод.
Твердотельные
переходах.
лазеры
на
стеклах,
красителей.
11. Стабилизация частоты газового лазера.
12. Лазеры на углекислом газе Заселение и релаксация рабочих
уровней. Температурные эффекты.
5. Основы атомной и молекулярной спектроскопии
1.
6.
и
10. Газовые лазеры с нелинейно-поглощающей ячейкой.
4. Лазеры
5.
кристаллах
электронно-колебательных
1.
Классификация атомных и молекулярных состояний. Термы.
2.
Разрешенные и запрещенные переходы. Правила отбора,
вероятности переходов, интенсивности спектральных линий.
3.
Форма и ширина линий
неоднородное уширение.
4.
Эффект Зеемана и эффект Штарка.
излучения,
однородное
и
6. Ультракороткие лазерные импульсы
1.
Типы синхронизма для генерации второй гармоники в
одноосном кристалле. Некритичный синхронизм.
2.
Использование кристаллов с регулярной доменной структурой
для генерации второй гармоники.
3.
Корреляционные
импульсов.
методы
измерения
ультракоротких
4.
Некогерентный режим усиления коротких лазерных
импульсов: сокращение импульсов при усилении, предельная
плотность энергии усиленных импульсов.
5.
Когерентный режим усиления коротких лазерных импульсов:
фаза или площадь импульса, 2π-импульс, π-импульс,
0-импульс.
6.
Деформация произвольного импульса при распространении по
резонансной среде в режиме когерентного взаимодействии для
поглощающих и усиливающих сред.
7.
Распространение чирпированного
линейной среде с дисперсией.
гауссова
импульса
в
4.
Внешний и внутренний фотоэффект. Детекторы излучения.
2.
Лазерное гетеродинирование.
3.
Шумы фотоприемников: дробовой, темновой, фликкер-шум.
Шум сопротивления.
4.
при
нагреве
металла
лазерным
1.
Основные понятия плазмы – кулоновские сечения, дебаевский
радиус, кулоновский логарифм. Плазма в электрических и
магнитных полях, проводимость плазмы, ларморовская
частота.
2.
Процессы и сечения ионизации и рекомбинации. Модель
равновесной ионизации Саха, степень ионизации, энергия и
давление плазмы.
3.
Поглощение лазерного излучения в плазме, критическая
плотность плазмы.
10. Основы лазерной фотоники
1.
Основные определения.
2.
Физические особенности и предельные параметры лазерного
поля. Объем когерентности, квантовая ячейка фазового
пространства и параметр вырождения излучения. Временная
когерентность
и
ширина
линии,
пространственная
когерентность и расходимость излучения.
3.
Принципы радиооптики. Пространственная частота и фаза.
Фазовое детектирование в радиофизике и оптике.
Оптимальное выделение сигнала из шумов в радиофизике и
оптике.
4.
Радиофизическое представление голографии. Физические
принципы и предельные возможности голографической
памяти. Представление об оптическом и квантовом
компьютинге.
Методы увеличения отношения сигнал/шум: узкополосное и
синхронное детектирование.
8. Взаимодействие мощного лазерного излучения с веществом
1.
Процессы передачи лазерной энергии металлам: характерные
времена электрон-фотонного возбуждения и электронэлектронной и электрон-фононной релаксации.
2.
Механизмы поглощения света полупроводниками.
3.
Решение
уравнения
приближении.
теплопроводности
эффекты
9. Основы физики плазмы
7. Основы радиофизики
1.
Нелинейные
излучением.
в
линейном
7.
11. Применение лазеров
1.
Лазерная спектроскопия: двухлучевая, дифференциальная.
2.
Лазерная спектроскопия: флуоресцентная, комбинационного
рассеяния.
8.
9.
10.
3.
Внутридопплеровская спектроскопия.
4.
Внутрирезонаторная спектроскопия.
5.
Лазерная интерферометрия, двухлучевая и многолучевая.
6.
Лазерная технология металлов и полупроводников.
12.
7.
Лазерный термоядерный синтез: основные процессы при
сжатии мишеней, термоядерные реакции и условие
положительного выхода т.я. энергии.
13.*
8.
Лазерная
химия.
Оптико-электронные
приборы
с
использованием лазеров. Прохождение излучения через
атмосферу. Поглощение и рассеяние в атмосфере. Окна
прозрачности.
1.
2.*
3.
4.*
5.
6.*
ЛИТЕРАТУРА.
Основная
536
Борн М., Вольф Э. Основы оптики. – М, Наука,
Б82
1970.
535
Стюард И.П. Введение в Фурье-оптику. – М, Мир,
С88
1985.
621.37 Ораевский А.Н. Гауссовы пучки и оптические
О63
резонаторы. Учебное пособие. – М, МИФИ, 1987.
537
Ярив А. Квантовая электроника. – М.: Советское
Я73
радио, 1980.
530.1 Ханин Я.И. Динамика квантовых генераторов. – М.:
Х19
Советское радио, 1975.
621.37 Ханин Я.И. Основы динамики лазеров. – М.: Наука;
Х19
Физматлит., 1999.-368с.
11.
14.*
15.
16.
17.
18.*
19.
20.
21.*
22.*
537
К23
530.6
Я73
621.37
С74
537
З43
621.37
Л17
Н.В.Карлов. Лекции по квантовой электронике. М.:
Наука, 1988, 1983.
А.Ярив. Квантовая электроника и нелинейная
оптика. М.: Сов. радио, 1973.
Справочник по лазерам. /Под ред. А.М.Прохорова,
т.1. М.: Сов. радио, 1981.
О.Звелто. Принципы лазеров. М.: Мир, 1984, 1990.
Г.М.Зверев, Ю.Д.Голяев, Е.А.Шалаев, А.А.Шокин.
Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом. М.:
Радио и связь, 1985.
539.1 Собельман И.И. Введение в теорию атомных
С54
спектров. М.: Физматгиз, 1977, 1963*.
539.1 Ельяшевич П.А. Атомная и молекулярная
Е59
спектроскопия. М.: Физматгиз, 1963, М.: Эдиториал,
2001.
535
Ахманов С.А., Выслоух В.А. Чиркин А.С. Оптика
А95
фемтосекундных лазерных импульсов. М.: Наука,
1988.
621.37 Зубарев И.Г. Генерация и усиление коротких
З-91
лазерных импульсов. М.: МИФИ, 1991.
621.37 А.П.Менушенков, В.Н.Неволин Лазерная
М50
технология ч.1. М.,МИФИ, 1992.
621.9 У.Дьюли Лазерная технология и анализ материалов.
Д92
М., Мир, 1986.
621.9 Н.Н.Рыкалин, А.АУглов, И.В.Зуев, А.И.Кокора.
Л17
Лазерная и электроннолучевая обработка
материалов: Справочник. М.: Машиностроение,
1985.
621.9 А.А.Веденов, Г.Г.Гладуш. Физические процессы
В26
при лазерной обработке материалов. М.:
Энергоатомиздат, 1985.
537
Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука,
Р16
1987.
533
Райзер Ю.П. Основы современной физики
Р18
газоразрядных процессов. М.: Наука, 1980.
535
О.М.Марченко. Когерентность и статистические
23.*
24.*
25.*
26.
1.
2.*
3.*
4.*
5.*
6.
7.
8.*
9.*
M30
621.61
К64
681.3
А38
536
Г93
535
Д31
535
Д40
535
И73
535
М33
537.8
Р34
535
Л52
621
М87
свойства света. С.-П. 1993.
Г.С. Кондратенков. Обработка информации
когерентными оптическими системами. – М. 1972.
АА. Акаев. Когерентные оптические
вычислительные машины. – М. 1977.
Д. Гудмен. Введение в фурье – оптику. – М. 1970.
В. Демтрёдер. Лазерная спектроскопия. М.: Наука,
1985
Дополнительная
Джеррард А., Берч Дж. Введение в матричную
оптику. – М, Мир, 1978.
Интегральная оптика. Под ред. Тамира Т. – М, Мир.
Матвеев А.Н., Оптика. – М, Высшая школа, 1985.
Труды ФИАН, т.187 “Резонансное взаимодействие
излучения с веществом”– М.:,1988
В.С.Летохов, В.П.Чеботаев. Принципы нелинейной
лазерной спектроскопии. М.: Наука, 1975.
Г.А.Абильсиитов,
Е.П.Велихов,
В.С.Голубев
Мощные газорязрядные СО2 лазеры и их
применение в технологии. М.: Наука, 1984.
621.37 Дж.Реди. Промышленные применения лазеров. М.:
Р33
Мир, 1981.
ЭИ
Сильноточные излучающие разряды и газовые
лазеры с оптической накачкой. /Под ред. Басова Н.Г.
М.: ВИНИТИ, Итоги науки и техники, т.15, 1978.
ЭИ
Месяц Г.А., Королев Ю.Д. Разъемные разряды
высокого давления в газовых лазерах. УФН, т.148,
стр.101, 1986.
* - Книга находится в читальном зале.